高壓變頻技術(shù)在某電廠大型引風(fēng)機(jī)的應(yīng)用

彭 耀，邵 偉

山東鄒城兗礦濟(jì)三電力有限公司，山東鄒城 273500

0 引言

引風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠的耗電大戶，其耗電量占廠用電量比重較大，因此利用調(diào)速技術(shù)降低引風(fēng)機(jī)的耗電量，對(duì)火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的意義。

隨著電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓變頻調(diào)速技術(shù)不斷得到完善和改進(jìn)，高壓變頻器穩(wěn)定性和安全性大大提高，使之應(yīng)用越來越廣泛。

1 調(diào)速節(jié)能的原理

由流體力學(xué)的的基本定律可知風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力H、軸功率P之間的關(guān)系：

Q1/Q2= n1/n2；

H1/H2= (n1/n2)2；

P1/P2= (n1/n2)3。

顯而易見通過調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以大幅降低電機(jī)的出力。在其它運(yùn)行條件不變的情況下，通過調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，節(jié)電的效果與轉(zhuǎn)速的立方成正比，節(jié)電效果非常顯著。

2 高壓變頻調(diào)速原理

交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由下列公式確定：n=60f(1-s)/P。

n為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f為電機(jī)電源的頻率；s為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率；p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)；

變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)的供電電源的頻率，來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。九江電廠選用的西門子羅賓康PH-6-6型高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)。變頻器主要有移相變壓器、功率單元和控制器組成。變頻器共有18個(gè)功率模塊，每個(gè)功率單元直接接到移相變壓器的副邊，主回路相對(duì)獨(dú)立，類似常規(guī)低壓變頻器（為基本的交－直－交單元逆變電路），整流側(cè)為二極管三相全橋（通過對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，得到單相交流輸出）。輸出端則是每六個(gè)功率單元（來自移相變壓器同相副邊）串聯(lián)成高壓接成星型接法給電動(dòng)機(jī)供電。

3 高壓變頻器調(diào)速改造中的注意事項(xiàng)

鍋爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻器改造中，必須要考慮下列問題，以免帶來投資的損失。

1）為確保風(fēng)機(jī)安全可靠運(yùn)行，必須實(shí)現(xiàn)工頻－變頻運(yùn)行的切換系統(tǒng)（旁路系統(tǒng)），如采用手工切換如能滿足設(shè)備運(yùn)行工藝要求，建議盡量選用手動(dòng)旁路，減少投資；

2）在變頻改造后，要注意風(fēng)機(jī)可能存在扭曲共振現(xiàn)象，在調(diào)試過程中，在各種轉(zhuǎn)速下，進(jìn)行測(cè)振，發(fā)現(xiàn)共振，設(shè)置頻率跳躍功能避開共振點(diǎn)；

3）在低轉(zhuǎn)速電機(jī)有可能發(fā)熱，是由于電機(jī)自冷卻風(fēng)扇因轉(zhuǎn)速低而效率降低和諧波引起的損耗發(fā)熱。應(yīng)選用諧波較低的變頻器，如有必要對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻系統(tǒng)改造或采取另外的強(qiáng)迫風(fēng)冷等措施。

4 引風(fēng)機(jī)變頻器改造

一次接線如圖1，變頻器電源取自原6KV開關(guān)，圖中QF開關(guān)為引風(fēng)機(jī)原6kV開關(guān)。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，電機(jī)可以手動(dòng)切換到工頻下運(yùn)行，工頻旁路由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1、QS2、QS3組成，QS2、QS3實(shí)現(xiàn)互相機(jī)械閉鎖，保證QS2、QS3不能同時(shí)閉合。 變頻器運(yùn)行時(shí)：QS1、QS2閉合，QS3斷開。工頻運(yùn)行時(shí)：QS3閉合，QS1、QS2斷開。

圖1 接線圖

1）引風(fēng)機(jī)電機(jī)設(shè)置兩套保護(hù)定值，適應(yīng)變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行。引風(fēng)機(jī)電機(jī)跳閘回路進(jìn)行改造，增加變頻器故障跳6kV開關(guān)回路，為確保工頻下可靠運(yùn)行，在此跳閘回路中加裝壓板，變頻運(yùn)行時(shí)壓板投入，變頻器故障跳6kV開關(guān)；工頻運(yùn)行時(shí)，壓板退出；

2）提供工作和備用兩路電源給變頻器控制系統(tǒng)，電源容量為380V、20A。工作電源和備用電源運(yùn)行中均送電，變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換；

3）引風(fēng)機(jī)6kV開關(guān)啟動(dòng)、停止按鈕、電機(jī)電流及開關(guān)狀態(tài)顯示不變，增加變頻器啟動(dòng)和變頻器停止按鈕，并增加變頻器運(yùn)行、變頻器故障、變頻器就緒、變頻器報(bào)警、變頻器轉(zhuǎn)速信號(hào)；

4）變頻器本體有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)選擇開關(guān)，選擇就地和遠(yuǎn)方控制。選擇就地時(shí)：控制數(shù)據(jù)從變頻器本體鍵盤輸入；選擇遠(yuǎn)方時(shí)：控制數(shù)據(jù)從DCS中輸入（4mA～20mA）模擬量。

5 改造后的效益評(píng)估

引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)設(shè)備啟動(dòng)為軟啟動(dòng)，啟動(dòng)沖擊力小，能夠很好保護(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)備，同時(shí)滿足鍋爐燃燒調(diào)節(jié)的需要，引風(fēng)機(jī)擋板全開，減少風(fēng)道的磨損，延長設(shè)備的使用壽命。設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)精度高，功率因素和效率很高，在低速運(yùn)行時(shí)電流下降明顯，且故障定位功能準(zhǔn)確實(shí)用，維護(hù)簡單。雖然投資成本高，但運(yùn)行成本低，節(jié)能效果顯著。

加裝高壓變頻器后在各種負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)電流大約只有液力耦合器的一半左右。

比較機(jī)組廠用電率，引風(fēng)機(jī)加裝變頻器后，廠用電率下降了0.2%～0.3%,可降低煤耗0.75g/kW·h，其節(jié)能效果顯著。

6 結(jié)論

引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，使設(shè)備的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式靈活合理，自動(dòng)化控制水平得到提高，雖然一次性投資較大，但運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用非常低，而且節(jié)電效果是其它調(diào)速方法無法比擬的，在老電廠進(jìn)行高壓變頻改造可大大降低廠用電率，具有顯著的節(jié)能效果和較大的經(jīng)濟(jì)效益。